2024年高中化学新教材同步必修第二册 第5章 微专题二　硝酸与金属反应的相关计算

微专题二硝酸与金属反应的相关计算1．原子守恒硝酸与金属单质或化合物反应，一部分以NOeq\o\al(－,3)的形式存在，另一部分转化为还原产物，这两部分中氮原子的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。2．得失电子守恒硝酸与金属单质或化合物的反应中，HNO3得到电子的物质的量等于金属原子失去电子的物质的量。3．变价金属与硝酸的反应如铁与稀硝酸的反应：Fe(少量)＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；3Fe(过量)＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。(1)eq\f(nHNO3,nFe)≥4，氧化产物为Fe(NO3)3；(2)eq\f(nHNO3,nFe)≤eq\f(8,3)，氧化产物为Fe(NO3)2；(3)eq\f(8,3)<eq\f(nHNO3,nFe)<4，氧化产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。4．硝酸和硫酸的混合酸与金属反应金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NOeq\o\al(－,3)在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NOeq\o\al(－,3)进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。1．(2023·广东汕头高一检测)将3.84gCu和一定量的浓HNO3反应，当Cu反应完全时，共收集到气体2.24LNO2和NO(标准状况，不考虑NO2转化为N2O4)，则反应中消耗HNO3的物质的量为()A．0.1mol B．0.24molC．0.16mol D．0.22mol答案D解析铜与硝酸反应转化为Cu(NO3)2、NO和NO2，根据铜原子守恒n[Cu(NO3)2]＝n(Cu)＝eq\f(3.84g,64g·mol－1)＝0.06mol，NO和NO2的物质的量共为n＝eq\f(V,Vm)＝eq\f(2.24L,22.4L·mol－1)＝0.1mol，根据氮原子守恒：n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)＋n(NO2)＝2×0.06mol＋0.1mol＝0.22mol。2．将Mg、Cu组成的mg混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应，固体完全溶解时收集到0.896L(标准状况)NO气体，向反应后的溶液中加入60mL2mol·L－1的NaOH溶液时，金属离子恰好沉淀完全，则形成的沉淀的质量为()A．(m＋2.28)g B．(m＋2.04)gC．(m＋3.32)g D．(m＋4.34)g答案B解析3．某100mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4mol·L－1和0.1mol·L－1，向该混合液中加入1.92g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度(忽略体积变化)为()A．0.15mol·L－1 B．0.225mol·L－1C．0.35mol·L－1 D．0.45mol·L－1答案B解析解答本题要从离子反应的角度来考虑，H2SO4提供的H＋可以和NOeq\o\al(－,3)构成强氧化性环境，继续氧化铜单质。HNO3、H2SO4混合液中H＋总的物质的量为0.06mol，NOeq\o\al(－,3)的物质的量为0.04mol，Cu的物质的量 为0.03mol。Cu与稀硝酸发生反应：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O3820．03mol0.06mol0.04molH＋量不足，应根据H＋的物质的量来计算。3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O830.06moln(Cu2＋)n(Cu2＋)＝0.06mol×eq\f(3,8)＝0.0225mol，c(Cu2＋)＝eq\f(0.0225mol,0.1L)＝0.225mol·L－1。4．(2023·山西运城高一检测)某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解19.2g铜(已知硝酸只被还原为NO气体)。向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示。下列分析或结果不正确的是()A．原混合酸中H2SO4物质的量为0.4molB．AB段发生的离子反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋C．混合酸中HNO3物质的量浓度为2mol·L－1D．第二份溶液中最终溶质为FeSO4答案A解析由图像可知，由于铁过量，OA段发生的反应为Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O，AB段发生的反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，BC段发生的反应为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。反应消耗22.4g铁，也就是eq\f(22.4g,56g·mol－1)＝0.4mol，所有的铁都在硫酸亚铁中，根据硫酸根离子守恒，×0.2L＝0.8mol，故A项错误；AB段发生的离子反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，故B项正确；OA段发生的反应为Fe＋NOeq\o\al(－,3)＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O，NOeq\o\al(－,3)全部起氧化剂作用，所以n(NOeq\o\al(－,3))＝n(Fe)＝eq\f(11.2g,56g·mol－1)＝0.2mol,200mL混合酸中HNO3物质的量浓度为eq\f(0.2mol×2,0.2L)＝2mol·L－1，故C项正确；硝酸根离子全部被还原，没有显酸性的硝酸，因为溶液中有硫酸根离子，并且铁单质全部转化为亚铁离子，所以溶液中最终溶质为FeSO4，故D项正确。5．将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共11.2L。请回答下列问题：(1)产生一氧化氮的体积为______L(标准状况下)。(2)待反应结束后，向溶液中加入VmLamol·L－1氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为____________mol·L－1(不必化简)。(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要氧气________mol。答案(1)5.824(2)eq\f(aV×10－3＋0.5,0.14)(3)0.255解析(1)该过程发生两个反应：3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。设生成的NO和NO2的物质的量分别为x、y，则x＋y＝0.5mol，1.5x＋0.5y＝0.51mol，解得x＝0.26mol，y＝0.24mol，故标准状况下V(NO)＝0.26mol×22.4L·mol－1＝5.824L。(2)在反应过程中，HNO3一部分表现酸性，另一部分表现氧化性。由溶液中的Cu2＋恰好全部转化为沉淀，则表现酸性的HNO3的物质的量为n(HNO3)＝n(NaOH)，表现氧化性的HNO3的物质的量为n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)，故原硝酸中HNO3的物质的量n(HNO3)＝n(NaOH)＋n(NO)＋n(NO2)＝(aV×10－3＋0.5)mol，